研究发布病毒性角膜炎最新成果

发布时间:2021-01-20 10:27:44
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单纯疱疹病毒(HSV)是疱疹病毒的典型代表,由于感染急性期发生水疱性皮炎即单纯疱疹而得名。根据抗原特性的差别,HSV分为HSV-1和HSV-2两种血清型。人是单纯疱疹病毒(HSV)的天然宿主。HSV在人群中感染极为普遍,其中I型单纯疱疹病毒(HSV-1),是全世界最常见的人类病毒之一,全世界50-90%的人口曾感染过该病毒。HSV病毒感染仍然是尚未被攻克的医学难题,至今,既无疫苗可用,也无药物可以根治。

HSV-1的感染可引起多种疾病,包括单纯疱疹性脑炎,如果不及时治疗,死亡率很高。近年来,HSV-1感染也被认为是导致帕金森病和阿尔兹海默症的重要因素。眼角膜的HSV-1感染可引起疱疹性基质性角膜炎(HSK),这是感染性失明的首要原因。HSV-1感染角膜后,可在三叉神经节潜伏,形成病毒库。在全球范围内,估计每年有150万个角膜HSV复发案例,至少造成4万人失明。

在临床上,存在不少病毒性角膜炎患者接受角膜移植复明不久,HSV病毒颗粒再次从神经节释放导致角膜移植失败的案例。目前HSV-1感染导致的病毒性角膜炎的一线治疗药物是阿昔洛韦(ACV),然而仍不能根治。在阿昔洛韦问世以来的半个世纪内,仍然没有出现一种可以清除角膜和三叉神经节内病毒的医疗技术。因此,病毒性角膜炎至今都是无法根治的眼科疾病。如何在保证安全的基础上,直接降解病毒的基因组,甚至从根源上有效清除潜伏在三叉神经节内的HSV成为了一个新的研究方向。

在一次学术活动上,上海交通大学系统生物医学研究院基因编辑与病毒学背景的蔡宇伽教授与研究角膜病的临床医生洪佳旭经过交流后,决定联手去攻克病毒性角膜炎这个医学难题。该研究基于蔡宇伽团队前不久开发的我国原创性基因治疗递送技术——类病毒体-mRNA递送平台(VLP-mRNA)。使用该递送平台,研究团队进行了CRISPR体内基因编辑治疗病毒性角膜炎的临床前研究,有效抑制了HSV-1病毒复制,成功治愈了疱疹性角膜炎的模型小鼠,防止了病毒复发。

研究团队将该技术命名为 HELP(HSV-1-Erasing Lentiviral Particles)。HELP技术突破了现有的阿昔洛韦等传统小分子药物的局限,可以直接清除体内潜伏的病毒,有望给病毒性角膜炎患者带来根本上的治愈。

研究团队首先设计了两条靶向HSV-1生命周期中的关键基因的向导RNA(gRNA),以使Cas9可以在HSV-1基因组上直接剪切,造成其降解。为了使得基因编辑更为安全,研究人员使用了新型的基因编辑递送技术,即VLP-mRNA,来递送Cas9 mRNA。VLP-mRNA可以同时递送Cas9和gRNA,克服了长期以来AAV递送携带能力过小的问题,以及长时间表达Cas9的带来的安全风险。VLP-mRNA技术近日获得了国家专利授权,并成功实现了成果转化。该技术可以最大限度的减少CRISPR基因编辑的脱靶风险,是目前最先进的体内基因编辑递送技术,有望引领基因编辑的‘二次革命’。

为了证明HELP的抗病毒效果,蔡宇伽和洪佳旭研究团队采用了预防型、治疗型和复发型三种不同的小鼠感染模型。研究人员发现,HELP在这三种不同的HSV感染模型上,均有效地阻止了HSV-1的复制,并防止了疱疹性基质性角膜炎的发生(图2)。

研究人员发现了HELP可以从角膜逆行运输到三叉神经节,清除HSV-1病毒库的证据(图3)。作为对照,传统药物阿昔洛韦(ACV)尽管也可以抑制角膜内的病毒复制,却无法对三叉神经节内的病毒起到任何限制作用(图3)。此外,研究者利用捐献者角膜也观察到HELP可以有效的清除人角膜内的HSV-1病毒。

CRISPR基因编辑技术的诞生为许多疾病治疗带来了全新见解,但其潜在脱靶性在很大程度上限制了临床应用的进度,考虑到脱靶性可能带来的安全性问题,研究团队进行了全基因组测序,并未发现HELP引起脱靶现象。这可能跟HELP技术是以mRNA的形式完成Cas9的递送有关。基于mRNA递送的CRISPR,基因编辑酶Cas9在体内停留时间很短。因而,基因编辑是瞬时的,可最大限度的降低脱靶风险和减少免疫反应。
 
来源:上海交通大学